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阴离子掺杂稳定c-ZrO2的第一性原理研究

First-principles Study on the Anion-doped Stable c-ZrO2

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【作者】 陈守刚尹衍升范润华师瑞霞李静卢瑶

【Author】 CHEN Shou-gang, YIN Yan-sheng, FAN Run-hua, SHI Rui-xia, LI jing, LU Yao (Key Lab for Liquid Structure and Heredity of Materials, Ministry of Education, Key Lab For Engineering Ceramic of Shandong Province, Shandong University, Jinan 250061,China)

【机构】 山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室 山东省工程陶瓷重点实验室济南250061山东省工程陶瓷重点实验室济南250061

【摘要】 利用密度泛函 (DFT)中的PW91PW91方法计算了碳和氮阴离子掺杂稳定c ZrO2 的机制。热力学计算表明碳元素和氮元素取代氧化锆晶格氧反应的吉布斯自由能均小于零 ,这表明两种取代反应都是可以进行的。结合阴离子掺杂稳定作用能计算和结晶学理论分析认为氮元素主要以替代晶格氧引入空位的方式稳定四方或立方氧化锆 ,而碳元素则是首先扩散进入氧化锆的八面体空隙 ,随八面体体积收缩和热处理温度的升高 ,转变为替代晶格氧引入空位的方式稳定四方或立方氧化锆。同时 ,分析认为不同氮源和初始氧化锆相成份也影响着立方或四方氧化锆的稳定作用。

【Abstract】 Mechanisms of anion-doped c -ZrO2 was calculated by PW91PW91 method of Density-Functional Theory (DFT). Thermodynamic calculation shows that the Gibbs free energy of carbon and nitrogen substituting the crystal lattice oxygen is lower than zero, which shows the two substitution reactions are all feasible. Theoretical calculation of stable effect and crystallography analysis for anion-doped c -ZrO2 show that the nitrogen mainly substitutes oxygen so as to attain the stable t -ZrO2 and c -ZrO2. However, for carbon-doped c -ZrO2, it first diffuses into the octahedral space, and then becomes the substitution mode with the decrease of the octahedral space and the increase of heat treatment temperature. Meanwhile, our analysis demonstrates the different nitrogen materials and zirconia phase content also affect the stable process of t -ZrO2 and c -ZrO2.

【关键词】 氧化锆阴离子掺杂第一性原理
【Key words】 ZrO2anion-dopedcarbonnitrogenfirst-principles
【基金】 国家自然科学基金资助项目 (5 0 2 42 0 0 8) ;教育部博士基金项目 (2 0 0 2 0 42 2 0 0 1)
  • 【文献出处】 人工晶体学报 ,Journal of Synthetic Crystals , 编辑部邮箱 ,2003年04期
  • 【分类号】O76
  • 【被引频次】19
  • 【下载频次】349
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